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成果简介

掺氮的多孔碳由于其高比电容和理想的表面特性，是超级电容器的有吸引力的电极材料。本文，山西大学肖尧明教授、Sheng Zhu、Gaoyi Han等在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Polymerization-Pyrolysis-Derived Hierarchical Nitrogen-Doped Porous Carbon for Energetic Capacitive Energy Storage”的论文，研究报道了一种简单的聚合热解策略来构建富含表面氧化还原氮物种的分级多孔碳。采用温和的水热法制备了聚苯胺交联酚醛树脂前体。以下煅烧程序产生分级氮掺杂的多孔碳，其具有968.5 m2 g-1的大比表面积，包括微孔、中孔和大孔的多尺度多孔结构。

研究发现，吡咯啉氮和氧化氮被成功引入多孔碳表面，它们可以提供额外的赝电容。大量电荷存储点和相互连接的离子传输通道的协同作用，使层次化的氮掺杂多孔碳在碱性电解质中，在电流密度为0.5和100A g-1时，表现出320.6和250.0 F g-1的高比电容。此外，组装好的有机电解质对称超级电容器在375.0 W kg-1的功率密度下显示出48.9 Wh kg-1的巨大能量密度，在50,000次循环后电容保持率接近100%。

图文导读

图1、显示了NHPC的合成过程及形貌图

图2.XPS全光谱（a）和N 1s光谱（b）在160°C的水热温度下RF@PANI。 C 1s （c） 和 N 1s （d） 不同热液温度下RF@PANI光谱。

图3.（a） 射频、PANI 和RF@PANI的 FTIR 光谱。（b） 不同热液温度下RF@PANI的傅里叶变换红外光谱。

图4。（a） 6.0 mol L–1 KOH电解液中的三电极测试系统。（b） PC、NC、NPC和NHPC的CV曲线。（c） Cg值和电流密度之间的关系。（d） 双层电流与扫描速率的关系图。（e） PC、NC、NPC和NHPC的奈奎斯特图。（f） 相位角与频率的关系图。

图5. (a) 不同电压窗口的NHPC电池在50 mV s-1的扫描速率下的CV曲线。(b) 不同电压窗口的NHPC电池在1.0 mol L-1 TEABF4/AN电解质中2 A g-1的GCD曲线。(c) 不同电流密度下的Cg值。(d) NHPC电池的能量密度和功率密度之间的关系。(e) NHPC电池的电容保留与循环次数的关系图。(f) 带电电池发出的一盏灯的照明。

图6。（a） 组装的柔性固态对称超级电容器示意图。（b） 不同扫描速率下的CV曲线。（c） 不同电流密度下的GCD曲线。（d） 在不同弯曲角度下，在100 mV s–1下测试的电极的电容保持率。（e） 单个NHPC和两个并联/串联设备的GCD测量。（f） 全固态超级电容器的奈奎斯特图。

小结

综上所述，我们通过结合碳化过程的高效水热聚合制备了具有分层多孔结构的N掺杂碳。这项研究表明，通过合理调整多孔结构和成分，分层多孔碳在高性能超级电容器方面具有巨大潜力。

文献

https://doi.org/10.1021/acsaem.3c00818

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